KR101064483B1 - 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법 - Google Patents

주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실외 온도에 따라 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하여 최종적인 운전 주파수를 계산하는데 있어서, 보정 비율을 상기 실외 온도에 대해 선형적으로 계산하는 것을 특징으로 하는 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 관한 것으로, 상기 보정 방법은, 공기조화기의 운전 모드를 판단하는 단계와, 냉/난방 표준 온도를 결정하는 단계와, 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 높을 때와 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 낮을 때 각각 기울기를 달리하여 선형적으로 주파수 보정 비율을 산출하는 단계와, 인버터 압축기의 목표 주파수에 상기 주파수 보정 비율을 곱함으로써 운전 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
멀티형 공기조화기, 인버터 압축기, 주파수 보정 비율

Description

주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법{Multi-type air conditioner having frequency correction function and frequency correction method of a inverter compressor}
도 1은 일반적인 멀티형 공기조화기의 냉매 싸이클의 구성도이다.
도 2는 멀티형 공기조화기의 압축기 제어 장치의 제어 블럭도이다.
도 3은 냉방 운전 시의 종래 방법에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
도 4는 난방 운전 시의 종래 방법에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
도 5는 종래 방법에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 전체개념도이다.
도 7은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 냉매 싸이클의 구성도이다.
도 9는 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 압축기 제어 장치의 제어 블럭도이다.
도 10은 냉방 운전 시의 본 발명의 일 실시예에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
도 11은 난방 운전 시의 본 발명의 일 실시예에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100, 180 : 실외기 102, 160 : 제 1 분배기
110 : 제 2 분배기 104, 142 : 제 1 실내기
106, 144 : 제 2 실내기 108, 146 : 제 3 실내기
142a : 제 1 실내 열교환기 144a : 제 2 실내 열교환기
146a : 제 3 실내 열교환기 162 : 제 1 전자팽창밸브
164 : 제 2 전자팽창밸브 166 : 제 3 전자팽창밸브
168 : 제 1 분지관 170 : 제 2 분지관
182, 208 : 인버터 압축기 184, 210 : 정속 압축기
190 : 어큐물레이터 192 : 사방변
194 : 실외 열교환기 200 : 부하량 산출부
202 : 실외온도 측정부 204 : 주파수 보정 비율 산출부
206 : 제어기 P1 : 메인 배관
P2,P3,P4,P5,P6,P7 : 제1,2,3,4,5,6 배관
본 발명은 멀티형 공기조화기 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 실외 온도에 따라 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하여 최종적인 운전 주파수를 계산하는데 있어서, 보정 비율을 상기 실외 온도에 대해 선형적으로 계산하는 것을 특징으로 하는 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 관한 것이다.
공기조화기는 방, 거실, 사무실 또는 영업 점포 등의 공간에 배치되어 공기의 온도, 습도, 청정도 및 기류를 조절하여 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있도록 하는 장치로써, 크게, 일체형(window type)과 분리형(seperate type 또는 split type)으로 구분된다.
상기한 일체형과 분리형은 기능적으로는 같지만, 일체형은 냉각과 방열의 기능을 일체화하여 가옥의 벽에 구멍을 뚫거나 창에 장치를 걸어서 설치한 것이고, 분리형은 실내측에는 냉/난방을 수행하는 실내기를 설치하고 실외측에는 방열과 압축 기능을 수행하는 실외기를 설치한 후 서로 분리된 두 기기를 냉매 배관으로 연결시킨 것이다.
통상 하나의 실내기에 대응하여 하나의 실외기를 설치하는 것이 일반적이나, 여러 개의 방을 갖는 건물의 경우, 각 방에 설치된 실내기에 대응하도록 실외기도 여러대 구입해야 하므로, 우선, 미관상 좋지 않고, 비경제적이며, 각 실외기마다 일정 면적의 공간이 확보되어야 공간 사용면에서 효율적이지 않다.
따라서, 하나의 실외기에 여러대의 실내기를 연결하여 한꺼번에 여러 개의 방을 냉난방시킬 수 있는 멀티형 공기조화기에 대한 개발이 활발이 진행되고 있다.
도 1은 일반적인 멀티형 공기조화기의 냉매 싸이클의 구성도이다.
상기 멀티형 공기조화기는 실내에 배치되어 냉/난방 기능을 수행하는 복수의 실내 열교환기(11a,11b,11c)를 구비한 실내유니트(10)와 실외에 배치되는 실외유니트(1)를 구비하고 있다.
상기 실외유니트(1)에는 냉매를 압축시키는 역할을 하는 인버터 압축기(2)와 정속 압축기(3), 압축된 냉매를 방열시키는 역할을 하는 실외 열교환기(5), 및 상기 실외 열교환기(5)의 일측에 배치되어 냉매의 방열을 촉진시키는 냉각팬(6)을 구비하고 있다.
냉방 운전 시 냉매의 흐름 방향을 따라 상기 실외 열교환기(5)의 하류측에는 메인 전자팽창밸브(12)가 구비되어 있으며, 메인 전자팽창밸브(12)의 하류측에는 냉매가 해당 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입되기 전 감압 팽창될 수 있도록 하는 서브 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)가 각각 구비되어 있고, 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)의 각 출구측에는 상기 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)에서 토출되는 냉매의 온도를 감지할 수 있도록 제 1 온도감지센서(15a,15b,15c)가 구비되어 있다.
한편, 상기 정속 압축기(3) 및 인버터 압축기(2)는 실내유니트(1)의 최대 냉난방부하의 절반(50%)에 대응하는 압축 능력을 각각 갖추고 있으며, 각 토출측은 냉매가 실외 열교환기(5)로 유입되기 전에 상호 합류되어 있고, 그 합류영역에는 각 압축기(2,3)로부터 압축되어 토출되는 냉매의 온도를 감지할 수 있도록 제 2 온도감지센서(4)가 구비되어 있다.
계속해서, 상기 멀티형 공기조화기의 냉방 과정에 대해 살펴본다.
압축기(2, 3)에서 압축된 고온고압의 기체 냉매는 사방변(미도시)에 의해 실외 열교환기(5)로 유도된 후, 상기 실외 열교환기(5)를 통과하는 과정에서 응축되어 고온고압의 액체냉매로 상변화 된다. 상기 실외 열교환기(5)로부터 나온 고온고압의 액체냉매는 메인 전자팽창밸브(12)로 유입된 후, 서브 전자팽창밸브(13a, 13b, 13c)를 통과하면서 저온저압의 상태로 변환된 다음 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)로 유입된다. 이때 유입된 냉매는 증발에 의해 기체 냉매로 변환되고, 사방변(미도시)에 의해 압축기(2, 3)의 흡입측으로 유도된다.
이때, 상기 실내 열교환기(11a, 11b, 11c)를 통과하는 냉매는 실내의 공기로 부터 열을 빼앗아 증발하므로, 공기조화 공간은 상기한 냉방 싸이클이 반복적으로 진행됨과 더불어 그 온도가 낮아지게 된다.
하나의 실외기에 한대의 실내기만을 연결하여 사용하는 일반적인 공기조화기에 비해, 상술한 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기를 이용하여 여러 방을 한꺼번에 냉/난방시킬 수 있으므로 전력면에서나 비용면에서 그리고 공간면에서 유리하다.
도 2는 멀티형 공기조화기의 압축기 제어 장치의 제어 블럭도이다.
멀티형 공기조화기의 운전을 위한 키 입력이 있으면, 부하량 산출부(20)에서 는 실내 온도 등을 고려하여 실내기에 인가된 총부하량을 산출한 후, 상기 총부하량을 공기조화기의 제어부(24)로 입력한다. 상기 제어부(24)는 입력된 총 부하량을 기초로하여 인버터 압축기(26)의 운전 주파수를 계산하거나, 정속 압축기(28)의 온,오프 여부를 결정함으로써 공기조화기의 압축부가 상기 총부하량에 대응하는 압축 능력을 구비하도록 한다.
이때, 상기 인버터 압축기(26)의 운전 주파수를 계산할 때, 먼저 상기 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수를 계산한 후, 실외온도 측정부(22)에서 측정한 실외 온도에 따라 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 거친다. 이는, 공기조화기에 동일한 부하가 인가된다 하더라도 실외의 온도가 낮으냐 높으냐에 따라서 실내기가 부담하는 실제적인 부하량이 달라지기 때문이다. 따라서, 상기 목표 주파수를 실외 온도를 고려하여 일정 비율로 보정함으로써 인버터 압축기의 실제적인 운전 주파수를 계산한다.
도 3은 냉방 운전 시의 종래 방법에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이며, 도 4는 난방 운전 시의 종래 방법에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
먼저, 도 3을 참조하여, 냉방 운전 시의 인버터 압축기의 주파수 보정에 대해 살펴보면, 실외 온도를 구역별로, 즉 낮은 온도에서 부터 Tc1 - Tc2 구역, Tc2 - Tc3 구역, Tc3 - Tc4 구역, Tc4 - Tc5 구역, Tc5 - Tc6 구역으로 나눈 후, 각 구역별로 주파수 보정 비율을 달리한다. 예컨대, Tc3 - Tc4 구역을 표준 구역으로 설정한 후, Tc1 - Tc2 구역은 상기 표준 구역에 대해 0.6의 보정 비율로, Tc2 - Tc3 구역은 0.8의 보정 비율로, Tc4 - Tc5 구역은 0.9의 보정 비율로, Tc5 - Tc6 구역은 0.7의 보정 비율로 상기 인버터 압축기의 주파수를 보정한다.
상기 표준 구역을 중심으로 낮은 온도 영역으로 갈수록 주파수 보정 비율이 낮아지는 이유는, 냉방 운전 시 실외 온도가 낮아질 경우, 낮은 실외 온도가 실내에도 영향을 미치게 되므로 공기조화기의 부하는 상대적으로 작아지게 되기 때문이며, 상기 표준 구역을 중심으로 높은 온도 영역으로 갈수록 주파수 보정 비율이 낮아지는 이유는(상식적으론 높아져야 함), 실외 온도가 높은 상태에서 인버터 압축기의 주파수를 상승시킬 경우, 과열에 의해 인버터 압축기를 구성하는 파워 소자 등이 파손될 염려가 있기 때문이다.
다음으로, 도 4를 참조하여, 난방 운전 시의 인버터 압축기의 주파수 보정에 대해 살펴보면, 역시 낮은 온도에서 부터 Tc1 - Tc2 구역, Tc2 - Tc3 구역, Tc3 - Tc4 구역, Tc4 - Tc5 구역, Tc5 - Tc6 구역으로 실외 온도를 구역별로 나눈 후, 각 구역별로 주파수 보정 비율을 달리한다. 예컨대, Tc3 - Tc4 구역을 표준 구역으로 설정한 후, Tc1 - Tc2 구역은 상기 표준 구역에 대해 1.4의 보정 비율로, Tc2 - Tc3 구역은 1.2의 보정 비율로, Tc4 - Tc5 구역은 0.8의 보정 비율로, Tc5 - Tc6 구역은 0.6의 보정 비율로 상기 인버터 압축기의 주파수를 보정한다.
이때, 난방 운전 시에는 상기 냉방 운전 시와는 달리, 상기 표준 구역을 중심으로 낮은 온도 영역으로 갈수록 인버터 압축기의 주파수 보정 비율은 높아지고, 높은 온도 영역으로 갈수록 상기 주파수 보정 비율은 작아진다. 이는, 실외 온도가 낮아질 수록 공기조화기에 부가되는 부하는 많아지기 때문이다.
도 5는 종래 방법에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
공기조화기가 작동을 시작하면, 먼저 냉방 운전인지 난방 운전인지를 판단하고(S11 단계), 냉방 운전인 경우엔, 부하량 산출부에서 산출한 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수를 설정한다. 이어, 실외 온도를 고려하여 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 시작하는데, 실외 온도가 도 3의 Tc5 보다 크다고 판단되면(S12 단계) 주파수 보정 비율을 0.7로 하고(S13 단계), 실외 온도가 상기 Tc5보다는 작고 Tc4보다는 크다고 판단되면(S14 단계) 주파수 보정 비율을 0.9로 하며(S15 단계), 실외 온도가 상기 Tc4보다는 작고 Tc3보다는 크다고 판단되면(S16 단계) 주파수 보정 비율을 1.0으로 하고(S17 단계), 실외 온도가 상기 Tc3보다는 작고 Tc2보다는 크다고 판단되면(S18 단계) 주파수 보정 비율을 0.8로 하며(S19 단계), 실외 온도가 상기 Tc2보다는 작고 Tc1보다는 크다고 판단되면 주파수 보정 비율을 0.6으로 한다(S20 단계).
한편, 상기 S11 단계에서 냉방 운전이 아닌 것으로 판단될 경우에는 난방으로 운전되고 있는 것으로 판단한 후, 부하량 산출부에서 산출한 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수를 설정한다. 이어, 실외 온도를 고려하여 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 시작하는데, 실외 온도가 도 4의 Tc5 보다 크다고 판단되면(S21 단계) 주파수 보정 비율을 0.6으로 하고(S22 단계), 실외 온도가 상기 Tc5보다는 작고 Tc4보다는 크다고 판단되면(S23 단계) 주파수 보정 비율을 0.8로 하며(S24 단계), 실외 온도가 상기 Tc4보다는 작고 Tc3보다는 크다고 판단되면(S25 단계) 주파수 보정 비율을 1.0으로 하고(S26 단계), 실외 온도가 상기 Tc3보다는 작고 Tc2보다는 크다고 판단되면(S27 단계) 주파수 보정 비율을 1.2로 하며(S28 단계), 실외 온도가 상기 Tc2보다는 작고 Tc1보다는 크다고 판단되면 주파수 보정 비율을 1.4로 한다(S29 단계).
이후, 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수에 각 온도 대역에 해당하는 주파수 보정 비율을 곱함으로써 압축기의 실제적인 운전 주파수를 계산한다(S30 단계).
상술한 바와 같은 종래의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 의하면, 부하량 산출부에서 산출한 총부하량을 기초로하여 인버터 압축기의 목표 주파수를 설정한 후, 외부 환경, 즉 실외 온도에 의한 실제적인 부하량 증,감을 고려하여 목표 주파수를 보정함으로써 실제적인 운전 주파수를 계산하는 작업을 한다. 따라서, 공기조화기에 인가되는 실제적인 부하를 고려하여 압축기의 압축 능력을 설정함으로써 쾌적한 공조 환경을 이룰 수 있다.
그러나, 실외 온도를 대역별로 나눈 후 각 대역별로 주파수 보정 비율을 단계적으로 달리하는 종래 방법의 경우, 첫째, 각 온도 대역 사이에서 운전 주파수가 급격하게 증감함으로써 사용자가 온도의 변화를 감지할 정도로 냉난방 능력이 급격히 변동한다는 문제점이 있다. 둘째, 실외 온도를 대역별로 나눈 후 각 대역별로 주파수 보정 비율을 달리하므로 각 대역 내에서는 실제적인 부하변동에 따른 주파수 보정이 이루어지지 않아 최적의 부하제어를 하지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 실외 온도에 대해 선형적으로 목표 주파수를 보정하는 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 실외 온도에 대해 선형적으로 목표 주파수를 보정하는 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기는, 실내 온도 등을 고려하여 공기조화기에 인가될 총부하량을 산출하는 부하량 산출부와, 상기 총부하량을 입력받아 인버터 압축기의 목표 주파수를 계산하고, 상기 목표 주파수를 주파수 보정 비율에 따라 보정하여 최종적인 인버터 압축기의 운전 주파수를 계산하는 제어기와, 상기 목표 주파수를 실외 온도에 따라 선형적으로 보정하기 위한 상기 주파수 보정 비율을 산출하는 주파수 보정 비율 산출부와, 상기 제어기에 의해 제어되는 인버터 압축기와 정속 압축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기는, 공기조화기의 운전 모드를 판단하는 단계와, 냉/난방 표준 온도를 결정하는 단계와, 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 높을 때와 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 낮을 때 각각 기울기를 달리하여 선형적으로 주파수 보정 비율을 산출하는 단계와, 인버터 압축기의 목표 주파수에 상기 주파수 보정 비율을 곱함으로써 운전 주파수를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 방법에 의하면, 상기 냉/난방 표준 온도에서의 주파수 보정 비율은 "1"이며, 냉방 모드의 경우엔, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X2의 기울기를 갖고 점점 낮아지고, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 낮아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X1의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 난방 모드의 경우엔, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X4의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 낮아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X3의 기울기를 갖고 점점 높아지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 방법에 의하면, 냉방 모드의 경우, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높을 때는 '1 - X2(실외온도 - 표준온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하고, 실외 온도가 상기 냉방 표준 온도보다 낮을 때는 '1 - X1(표준온도 - 실외온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하며, 난방 모드의 경우엔, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높을 때는 '1 + X4(표준온도 - 실외온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하고, 실외 온도가 상기 난방 표준 온도보다 낮을 때는 '1 - X3(실외온도 - 표준온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명에 의하면, 실외 온도에 대한 주파수 보정 비율을 선형적으로 산출하므로 각 온도 대역 사이에서 운전 주파수가 급격하게 증감하는 종래의 문제점을 해결할 수 있으며, 실외 온도의 선형적인 변화에 따른 부하변동에 대해서 최적의 주파수 보정 비율을 산출할 수 있다. 따라서, 주파수 보정 비율을 선형적으 로 제어할 수 있으므로 냉난방 온도의 급격한 변화가 없고, 실외 온도의 작은 변화에 대해서도 이에 대응하는 주파수 보정 비율을 산출할 수 있으므로 최적의 부하제어를 할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 대해 상세하게 설명하고자 한다.
먼저, 도 6은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 전체개념도이고, 도 7은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 개략적인 구성을 나타내는 블럭도이다.
본 발명에 의한 멀티형 공기조화기는 2개의 분배기를 사용하여 6실을 제어하기 위한 것으로, 실외기(100)와, 상기 실외기(100)와 연결된 제 1 및 제 2 분배기(102 및 110)와, 그리고 각 실 마다 설치된 제 1 내지 제 6 실내기(104, 106, 108, 112, 114 및 116)를 구비한다. 상기 실외기(100)와 제 1 및 제 2 분배기(102 및 110)는 메인 배관(P1)으로 연결하고, 상기 제 1 분배기(102)와 제 1 내지 제 3 실내기(104, 106 및 108)는 각각 제 1, 제 2 및 제 3 배관(P2, P3 및 P4)으로 연결하고, 상기 제 2 분배기(110)와 제 4 내지 제 6 실내기(112, 114 및 116)는 각각 제 4, 제 5 및 제 6 배관(P5, P6 및 P7)으로 연결한다.
이때, 상기 배관들(P1 내지 P7)은 실외기측에서 실내기측으로 냉매가 흐르기 위한 유입관과, 실내기측에서 실외기측으로 냉매가 흐르기 위한 유출관이 한 쌍으로 서로 격리된 상태로 되어 있다.
상기 실외기(100) 내부에는 인버터 압축기, 정속 압축기, 어큐뮬레이터, 사 방변, 실외 열교환기, 실외팬 등과 이들을 제어하기 위한 실외 제어기(120)가 구비되어 있고, 상기 분배기(102,110)에는 냉매를 감압 팽창하기 위한 전자팽창밸브들과 냉매의 분배를 제어하기 위한 분배 제어기(122,130)가 구비되어 있으며, 상기 실내기(104 내지 116)에는 실내 열교환기와 실내팬 등과 이들을 제어하기 위한 실내 제어기(124 내지 136)가 구비되어 있다.
사용자가 공기조화기 작동을 위한 키 입력을 하면(냉방), 하나 또는 다수의 선택된 실내기(104 내지 116)에 설치되어 있는 실내 제어기(124 내지 136)는 희망 온도, 현재 실내 온도, 희망 풍량, 각 실내기의 용량 등에 관한 데이타를 수집하여 실외 제어기(120)로 보내고, 상기 실외 제어기(120)는 실외 온도 등의 추가적인 데이타를 검토하여 상기 선택된 실내기들의 운전을 위한 총부하를 계산한 후, 한편으로는 이 데이타를 상기 분배 제어기(122,130)로 보내고, 다른 한편으로는 이를 기초로하여 압축기들을 구동시킨다.
압축기의 구동에 의해 토출된 냉매는 실외 열교환기를 거친 후 메인 배관(P1)의 유입관을 통해 상기 제 1 및 제 2 분배기(102 및 110)로 분배되어 흐르고, 상기 제 1 및 제 2 분배기(102 및 110)로 유입된 냉매는 각 실의 실내 열교환기와 각각 연결되어 있는 전자팽창밸브들을 통과하면서 감압 팽창된 후, 상기 제 1 내지 제 6 배관(P2 내지 P7)의 유입관을 따라 각 실내기(104 내지 116)로 흐른다.
상기 실내기들(104 내지 116)로 유입된 냉매는 실내 열교환기를 거치며 열교환된 후 상기 제 1 내지 제 6 배관(P2 내지 P7)의 유출관을 따라 흘러 상기 제 1 및 제 2 분배기(102 및 110)에서 합해진 후, 메인 배관(P1)의 유출관을 따라 실외 기(100)로 유입된다.
본 발명에 의한 멀티형 공기조화기는 하나의 실외기와 다수의 실내기 사이에 분배기를 채용한다. 종래에는 하나의 실외기로 상기와 같이 6실의 실내기를 제어하고자 할 경우, 실외기와 각 실의 실내기를 연결하기 위해 유입관 6개, 유출관 6개의 총 12개의 배관을 설치하여야 하기 때문에, 외관이 좋지 않고 긴 배관을 실내기까지 끌어 설치하여야 하므로 배관 공사에 드는 비용이 적지 않았다.
그러나, 본 발명의 경우, 분배기를 채용하여 실외기와 분배기까지는 단일 배관을 설치하고, 상기 분배기에서 각 실내기까지는 각각의 배관을 설치함으로써 상기 단일 배관에 의해 외관을 좋게 하고, 장(長)배관에 의한 비용 문제를 해결하였다.
도 8은 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 냉매 싸이클의 구성도로서, 2개의 분배기를 사용하여 6실을 제어하는 상기 도 6의 멀티형 공기조화기에 있어서, 실외기(도 6의 100)와, 제 1 분배기(도 6의 102)와, 제 1 내지 제 3 실내기(도 6의 104 내지 108) 부분만을 도시한 것이다.
실내(140)의 각 실에는 제 1, 제 2 및 제 3 실내 열교환기(142a, 144a, 146a)와 제 1, 제 2 및 제 3 실내팬(142b, 144b, 146b)을 각각 구비하는 제 1, 제 2 및 제 3 실내기(142, 144, 146)가 각각 설치되어 있다.
실외기(180)에는 냉매를 고온고압으로 압축하여 토출하기 위한 인버터 압축기(182)와 정속 압축기(184)로 구성된 압축부가 있고, 상기 압축기들의 토출부에는 오일 공급을 위한 제 1 오일 공급기(186) 및 제 2 오일 공급기(188)가 각각 설치되 어 있다. 상기 인버터 압축기(182) 및 정속 압축기(184)에서 토출된 냉매는 상기 제 1 오일 공급기(186) 및 제 2 오일 공급기(188)를 각각 거친 후 합류되어 사방변(192)으로 유입된다.
상기 사방변(192)은 공기조화기가 냉방으로 운전되거나 난방으로 운전될 경우 상기 압축기들로 유입되거나 토출되는 냉매의 흐름을 각 운전 모드에 맞게 변화시키기 위한 장치로, 냉방 운전의 경우엔 실선으로된 화살표 방향으로 냉매가 유입/출되고, 난방 운전의 경우엔 점선으로 된 화살표 방향으로 냉매가 유입/출된다. 따라서, 상기 압축기들(182, 184)로 부터 토출된 냉매는, 상기 사방변(192)의 유동에 의해, 냉방의 경우엔 실외 열교환기(194)로 유입되고, 난방의 경우엔 제 1 분배기(160)로 유입된다.
상기 실외 열교환기(194)는 메인 배관(도 6의 P1)의 유입관(198a)을 통해 제 1 분배기(160)와 연결되어 있으며, 냉방의 경우엔, 상기 압축기들(182, 184)로 부터 토출된 고온고압의 냉매를 실외팬(196)의 도움을 받아 방열하는 응축기의 역할을 하고, 난방의 경우엔, 실외의 열을 흡열하는 증발기의 역할을 한다.
상기 제 1 분배기(160)는 그 내부에 제 1 분지관(168)과 제 2 분지관(170)을 구비하고 있는데, 상기 제 1 분지관(168)은 메인 배관의 유입관(198a)을 통해 유입된 냉매를 각 실내기로 분배하기 위한 관이고, 상기 제 2 분지관(170)은 각 실내기를 통과한 냉매를 한 곳으로 합류시키기 위한 관이다(난방의 경우, 반대로 작용).
따라서, 메인 배관(도 6의 P1)의 유입관(198a)은 상기 제 1 분지관(168)에서 각각 제 1 배관(도 6의 P2)의 유입관(163), 제 2 배관(도 6의 P3)의 유입관(165) 및 제 3 배관(도 6의 P4)의 유입관(167)으로 분지되며, 메인 배관(도 6의 P1)의 유출관(198b)은 상기 제 2 분지관(170)에서 각각 제 1 배관(도 6의 P2)의 유출관(143), 제 2 배관(도 6의 P3)의 유출관(145) 및 제 3 배관(도 6의 P4)의 유출관(147)으로 분지된다.
상기 제 1, 제 2 및 제 3 배관의 유입관(163, 165 및 167)에는 각각 제 1, 제 2 및 제 3 전자팽창밸브(162, 164 및 166)가 설치되어 있는데, 이는 각 실내기로 유입되는 냉매를 감압 팽창시켜 저온 저압의 냉매로 변환시키기 위한 장치이다. 상기 제 1 내지 제 3 전자팽창밸브(162 내지 166)에 의해 감압 팽창된 냉매는 상기 제 1 내지 제 3 배관의 유입관(163 내지 167)을 통해 제 1 내지 제 3 실내 열교환기(142a 내지 146a)로 유입되고, 상기 제 1 내지 제 3 실내 열교환기(142a 내지 146a)를 거치며 열교환된 냉매는 상기 제 1 내지 제 3 배관의 유출관(143 내지 147)을 통해 상기 제 2 분지관(170)으로 유입된다.
상기 제 2 분지관(170)은 사방변(192)과 연결되어 있으며, 상기 제 2 분지관(170)에서 흘러나온 냉매는 상기 사방변(192)의 유도에 의해 (실선의 화살표 참조) 어큐물레이터(accumulator)(190)로 유입된다. 상기 어큐뮬레이터(190)는 인버터 압축기(182)와 정속 압축기(184)의 유입구와 연결되어 있으며, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 실내 열교환기(142a, 144a, 146a)를 통과하면서 기화되지 않고 액체 상태를 유지하고 있는 액냉매가 상기 압축기들(182, 184)로 유입되는 것을 방지한다.
본 발명에 의한 멀티형 공기조화기는 프리조인트(free joint) 방식으로 운전된다. 프리조인트 방식이란 각 압축기에서 토출되는 냉매가 지정된 냉매 싸이클만 을 흐르도록 하는 구성 방식이 아닌, 각 압축기에서 토출되는 냉매가 어느 냉매 싸이클이든 필요한 싸이클을 흐르도록 압축기의 토출부를 하나로 합한 구성 방식을 의미한다.
이에 의하면, 필요한 부하에 해당하는 만큼 압축기의 주파수 및 운전 방법을 조정할 수 있으므로 전력면에서 절전 운전이 가능하고, 하나의 대형 압축기 대신 두개의 소형 압축기를 사용하므로 경제적으로도 유리하다.
상기 도 6 내지 도 8에서는 두 개의 분배기을 사용하여 6개의 실내기를 제어할 수 있는 멀티형 공기조화기를 예를 들어 설명하였으나, 상기 분배기의 갯수, 실내기의 갯수 및 실내기의 종류(예컨대, 천장형, 액자형, 스탠드형 등) 등에 의해 본 발명의 기술적 사상이 제한되지 않음은 물론이다.
도 9는 본 발명에 의한 멀티형 공기조화기의 압축기 제어 장치의 제어 블럭도이고, 도 10은 냉방 운전 시의 본 발명의 일 실시예에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이며, 도 11은 난방 운전 시의 본 발명의 일 실시예에 의한 실외 온도에 따른 인버터 압축기의 주파수 보정 비율을 도시한 그래프이다.
멀티형 공기조화기의 운전을 위한 키 입력이 있으면, 부하량 산출부(200)에서는 실내 온도 등을 고려하여 공기조화기에 인가될 총부하량을 산출한 후, 상기 총부하량을 제어기(206)로 입력한다. 상기 제어기(206)는 입력된 총 부하량을 기초로하여 인버터 압축기(208)의 운전 주파수를 계산하거나, 정속 압축기(210)의 온,오프 여부를 결정함으로써 공기조화기의 압축부가 상기 총부하량에 대응하는 압축 능력을 구비하도록 한다.
상기 인버터 압축기(208)의 운전 주파수를 계산할 때, 먼저 상기 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수를 계산한 후, 실외온도 측정부(202)에서 측정한 실외 온도에 따라 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 거친다. 이는, 공기조화기에 동일한 부하가 인가된다 하더라도 실외의 온도가 낮으냐 높으냐에 따라서 실내기가 부담하는 실제적인 부하량이 달라지기 때문이다.
목표 주파수를 보정하기 위해, 본 발명에 의하면 먼저, 주파수 보정 비율 산출부(204)에서 각 온도별 보정 비율을 계산할 수 있는 그래프를 만든다. 상기 그래프는 선형적이며, 냉/난방 운전 모드별로 표준 온도(예컨대, 도 10 및 도 11의 Tc3 - Tc4 대역의 중간 온도로, 각 운전 모드에서 공기조화기가 가장 많이 사용되는 대표적인 실외 온도를 의미한다)보다 낮은 온도 대역과 상기 표준 온도보다 높은 온도 대역에서의 기울기가 다르다.
예컨대, 냉방 운전의 경우(도 10 참조), 표준 온도(A)에서의 주파수 보정 비율, 즉 표준 보정 비율(A')을 "1"로 했을 때, 상기 표준 온도(A)보다 낮은 온도 대역에서는,
1 - X1(표준온도 - 실외온도) ----- 식(1)
상기 식(1)에 의한 그래프에 의해 각 온도별 보정 비율이 결정되고, 상기 표준 온도(A)보다 높은 온도 대역에서는,
1 - X2(실외온도 - 표준온도) ----- 식(2)
상기 식(2)에 의한 그래프에 의해 각 온도별 보정 비율이 결정된다. 이때, X1과 X2는 각각 낮은 온도 대역 및 높은 온도 대역에서의 보정 비율 기울기를 나타낸다.
한편, 난방 운전의 경우(도 11 참조), 표준 온도(B)에서의 주파수 보정 비율, 즉 표준 보정 비율(B')을 "1"로 했을 때, 상기 표준 온도(B)보다 낮은 온도 대역에서는,
1 - X3(실외온도 - 표준온도) ----- 식(3)
상기 식(3)에 의한 그래프에 의해 각 온도별 보정 비율이 결정되고, 상기 표준 온도(B)보다 높은 온도 대역에서는,
1 + X4(표준온도 - 실외온도) ----- 식(4)
상기 식(4)에 의한 그래프에 의해 각 온도별 보정 비율이 결정된다. 이때, X3과 X4는 각각 낮은 온도 대역 및 높은 온도 대역에서의 보정 비율 기울기를 나타낸다.
상술한 바와 같은 방법으로, 상기 주파수 보정 비율 산출부(204)에서 인버터 압축기의 목표 주파수에 대한 보정 비율을 각 실외 온도별로 산출하여 제어기(206)로 입력하면, 상기 제어기(206)에서는 미리 계산되어 있는 목표 주파수에 상기 보정 비율을 곱하여 최종적인 운전 주파수를 계산한다. 이후, 제어기(206)는 상기 운전 주파수를 기초로하여 제어 신호를 발생함으로써 상기 인버터 압축기(208)를 구동시킨다.
도 10을 참조하면, 표준 온도(A)보다 낮은 온도 대역에서의 주파수 보정 비율은 상기 표준 보정 비율(A')보다는 작은 상태에서 실외 온도가 증가함에 따라 X1 의 기울기로 선형적으로 증가하고, 상기 표준 온도(A)보다 높은 온도 대역에서의 주파수 보정 비율은 실외 온도가 증가함에 따라 X2의 기울기로 선형적으로 감소한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 저부하 영역, 즉 실외 온도가 상기 표준 온도(A)보다 낮아 실내기가 실외 온도에 의한 부하를 적게 받는 영역에서는 상기 실외 온도가 낮아질 수록 주파수 보정 비율도 선형적으로 작아지므로 부하의 감소와 더불어 인버터 압축기의 운전 주파수를 효율적으로 감소시킬 수 있고, 고부하 영역, 즉 실외 온도가 상기 표준 온도(B)보다 높아 실내기가 실외 온도에 의한 부하를 많이 받는 영역에서는 상기 실외 온도가 높아질 수록 주파수 보정 비율은 선형적으로 작아지므로 높은 실외 온도에서 인버터 압축기에 과부하가 걸리는 것을 방지할 수 있다.
이어, 도 11을 참조하면, 표준 온도(B)보다 낮은 온도 대역에서의 주파수 보정 비율은 상기 표준 보정 비율(B')보다는 큰 상태에서 실외 온도가 낮아짐에 따라 X3의 기울기로 선형적으로 증가하고, 상기 표준 온도(B)보다 높은 온도 대역에서의 주파수 보정 비율은 상기 표준 보정 비율(B')보다는 작은 상태에서 실외 온도가 증가함에 따라 X4의 기울기로 선형적으로 감소한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 저부하 영역, 즉 실외 온도가 상기 표준 온도(B)보다 높아 실내기가 실외 온도에 의한 부하를 적게 받는 영역에서는 상기 실외 온도가 높아질 수록 주파수 보정 비율도 선형적으로 작아지므로 부하의 감소와 더불어 인버터 압축기의 운전 주파수도 효율적으로 감소시킬 수 있고, 고부하 영역, 즉 실외 온도가 상기 표준 온도(B)보다 낮아 실내기가 실외 온도에 의한 부하를 많이 받는 영역에서는 상기 실외 온도가 낮아질 수록 주파수 보정 비율도 선형적으로 커지므로 부하의 증가와 더불어 인버터 압축기의 운전 주파수를 효율적으로 증가시킬 수 있다.
본 발명에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 의하면, 실외 온도에 대한 주파수 보정 비율을 선형적으로 산출하므로 각 온도 대역 사이에서 운전 주파수가 급격하게 증감하는 종래의 문제점을 해결할 수 있으며, 실외 온도의 선형적인 변화에 따른 부하변동에 대해서 최적의 주파수 보정 비율을 산출할 수 있다. 따라서, 주파수 보정 비율을 선형적으로 산출할 수 있으므로 압축 능력의 급격한 변화가 없고, 실외 온도의 작은 변화에 대해서도 이에 대응하는 주파수 보정 비율을 산출할 수 있으므로 최적의 부하제어를 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
먼저, 본 발명에 의한 인버터 압축기의 주파수 보정 방법은, 크게, 공기조화기의 운전 모드를 판단하는 단계와, 냉/난방 표준 온도를 결정하는 단계와, 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 높을 때와 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 낮을 때 각각 기울기를 달리하여 선형적으로 주파수 보정 비율을 산출하는 단계와, 인버터 압축기의 목표 주파수에 상기 주파수 보정 비율을 곱함으로써 운전 주파수를 산출하는 단계로 진행한다.
이때, 상기 냉/난방 표준 온도에서의 주파수 보정 비율은 "1"이며, 냉방 모드의 경우엔, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X2의 기울기를 갖고 점점 낮아지고, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 낮아질 수 록 상기 주파수 보정 비율은 X1의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 난방 모드의 경우엔, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X4의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 낮아질 수록 상기 주파수 보정 비율은 X3의 기울기를 갖고 점점 높아진다.
구체적으로, 공기조화기가 작동을 시작하면, 먼저 냉방 운전인지 난방 운전인지를 판단하고(S50 단계), 냉방 운전 모드로 판단되는 경우, 부하량 산출부에서 산출한 총부하량에 대응하도록 인버터 압축기의 목표 주파수를 설정한다. 이어, 실외 온도를 고려하여 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 시작하는데, 먼저, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높은지를 판단한다(S51 단계).
실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높다고 판단되는 경우엔, 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하기 위한 주파수 보정 비율을 '1 - X2(실외온도 - 표준온도)'의 식에 따라 산출하고(S52 단계), 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높지 않다고 판단되는 경우엔, 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하기 위한 상기 주파수 보정 비율을 '1 - X1(표준온도 - 실외온도)'의 식에 따라 산출한다(S53 단계).
한편, 상기 S50 단계에서 냉방 운전이 아닌 것으로 판단될 경우에는 난방으로 운전되고 있는 것으로 판단한 후, 부하량 산출부에서 산출한 총부하량에 대응하도록 인버터 압축기의 목표 주파수를 설정한다. 이어, 실외 온도를 고려하여 상기 목표 주파수를 보정하는 작업을 시작하는데, 먼저, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높은지를 판단한다(S54 단계).
실외 온도가 난방 표준 온도보다 높다고 판단되는 경우엔, 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하기 위한 주파수 보정 비율을 '1 + X4(표준온도 - 실외온도)'의 식에 따라 산출하고(S55 단계), 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높지 않다고 판단되는 경우엔, 인버터 압축기의 목표 주파수를 보정하기 위한 상기 주파수 보정 비율을 '1 - X3(실외온도 - 표준온도)'의 식에 따라 산출한다(S56 단계).
이후, 총부하량에 대응하는 인버터 압축기의 목표 주파수에 각 실외온도별 주파수 보정 비율을 곱함으로써 압축기의 실제적인 운전 주파수를 계산한다(S57 단계).
본 발명에 의한 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기 및 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법에 의하면, 실외 온도에 대한 주파수 보정 비율을 선형적으로 산출하므로 각 온도 대역 사이에서 운전 주파수가 급격하게 증감하는 종래의 문제점을 해결할 수 있으며, 실외 온도의 선형적인 변화에 따른 부하변동에 대해서 최적의 주파수 보정 비율을 산출할 수 있다.
따라서, 주파수 보정 비율을 선형적으로 제어할 수 있으므로 냉난방 온도의 급격한 변화가 없고, 실외 온도의 작은 변화에 대해서도 이에 대응하는 주파수 보정 비율을 산출할 수 있으므로 최적의 부하제어를 할 수 있다.

Claims (4)

  1. 실내 온도 등을 고려하여 공기조화기에 인가될 총부하량을 산출하는 부하량 산출부;
    상기 총부하량을 입력받아 인버터 압축기의 목표 주파수를 계산하고, 상기 목표 주파수를 주파수 보정 비율에 따라 보정하여 최종적인 인버터 압축기의 운전 주파수를 계산하는 제어기;
    상기 목표 주파수를 실외 온도에 따라 선형적으로 보정하기 위한 상기 주파수 보정 비율을 산출하는 주파수 보정 비율 산출부; 및
    상기 제어기에 의해 제어되는 인버터 압축기와 정속 압축기를 포함하고,
    냉/난방 표준 온도에서의 주파수 보정 비율은 "1"이며, 냉방 모드의 경우에는, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X2의 기울기를 갖고 점점 낮아지고, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 낮아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X1의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 난방 모드의 경우에는, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X4의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 낮아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X3의 기울기를 갖고 점점 높아지는 것을 특징으로 하는 주파수 보정 기능을 갖는 멀티형 공기조화기.
  2. 공기조화기의 운전 모드를 판단하는 단계;
    냉/난방 표준 온도를 결정하는 단계;
    실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 높을 때와 실외 온도가 상기 냉/난방 표준 온도보다 낮을 때 각각 기울기를 달리하여 선형적으로 주파수 보정 비율을 산출하는 단계; 및
    인버터 압축기의 목표 주파수에 상기 주파수 보정 비율을 곱함으로써 운전 주파수를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 냉/난방 표준 온도에서의 주파수 보정 비율은 "1"이며, 냉방 모드의 경우에는, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X2의 기울기를 갖고 점점 낮아지고, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 낮아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X1의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 난방 모드의 경우에는, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X4의 기울기를 갖고 점점 낮아지며, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 낮아질수록 상기 주파수 보정 비율은 X3의 기울기를 갖고 점점 높아지는 것을 특징으로 하는 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    냉방 모드의 경우, 실외 온도가 냉방 표준 온도보다 높을 때는 '1 - X2(실외온도 - 표준온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하고, 실외 온도가 상기 냉방 표준 온도보다 낮을 때는 '1 - X1(표준온도 - 실외온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하며, 난방 모드의 경우엔, 실외 온도가 난방 표준 온도보다 높을 때는 '1 + X4(표준온도 - 실외온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하고, 실외 온도가 상기 난방 표준 온도보다 낮을 때는 '1 - X3(실외온도 - 표준온도)'에 의해 주파수 보정 비율을 산출하는 것을 특징으로 하는 멀티형 공기조화기의 인버터 압축기의 주파수 보정 방법.
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